Bài giảng môn học công nghệ phần mềm phần 1 nguyễn chánh thành

ðẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ
Khoa Công nghệ Thông tin

BÀI GIẢNG MÔN HỌC

CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM

Biên soạn: Nguyễn Chánh Thành

THÁNG 08 NĂM 2008


MỤC LỤC
MỤC LỤC ............................................................................................................. I
CHƯƠNG 1.

PHẦN MỀM VÀ CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM .............................. 1

1.1.

Tổng quan về khái niệm Phần mềm (software) ............................................................................1

1.2.

ðặc ñiểm của phần mềm ................................................................................................................1

1.3.
Phân loại phần mềm .......................................................................................................................2
1.3.1. Theo phương thức hoạt ñộng........................................................................................................2
1.3.2. Theo khả năng ứng dụng ..............................................................................................................2
1.4.

Tầm quan trọng và sự tiến hóa của phần mềm ............................................................................3
1.4.1. Tiến hóa của phần mềm ...............................................................................................................3
1.4.2. Sự ứng dụng của phần mềm .........................................................................................................4
1.5.
Sơ lược về quá trình tạo phần mềm...............................................................................................6
1.5.1. Về mặt thiết kế .............................................................................................................................6
1.5.2. Sản xuất và phát triển ...................................................................................................................6
1.6.
Khó khăn, thách thức ñối với phát triển phần mềm ....................................................................6
1.6.1. Phần mềm và phần mềm tốt .........................................................................................................7
1.6.2. ðặc trưng phát triển và vận hành phần mềm ................................................................................8
1.6.3. Nhu cầu và ñộ phức tạp ................................................................................................................9
1.7.
Công nghệ phần mềm ................................................................................................................... 10
1.7.1. ðịnh nghĩa .................................................................................................................................. 10
1.8.
Các mô hình phát triển sản phẩm phần mềm............................................................................. 11
1.8.1. Mô hình vòng ñời cổ ñiển .......................................................................................................... 11
1.8.2. Mô hình làm bản mẫu................................................................................................................. 13
1.8.3. Mô hình xoắn ốc......................................................................................................................... 15
1.8.4. Kỹ thuật thế hệ thứ tư ................................................................................................................. 16
1.8.5. Mô hình lập trình linh hoạt ......................................................................................................... 17
1.8.6. Tổ hợp các mô hình .................................................................................................................... 19
1.8.7. Tính khả thị của quá trình công nghệ ......................................................................................... 19
1.8.8. Vấn ñề giảm kích cỡ của phần mềm........................................................................................... 20
1.9.

Cái nhìn chung về công nghệ phần mềm..................................................................................... 21

1.10.

Hướng tương lai của công nghệ phần mềm ................................................................................ 22

1.11.

Tổng kết ......................................................................................................................................... 23

CHƯƠNG 2.

PHÂN TÍCH VÀ ðẶC TẢ YÊU CẦU ......................................... 24

2.1.

ðại cương về phân tích và ñặc tả ................................................................................................. 24

2.2.

Nghiên cứu khả thi ........................................................................................................................ 25

i


2.2.1.
2.2.2.
2.2.3.
2.2.4.

Khả thi về kinh tế ....................................................................................................................... 26
Khả thi về kỹ thuật ..................................................................................................................... 26
Khả thi về pháp lý ...................................................................................................................... 27

Tính khả thi về hoạt ñộng ........................................................................................................... 27

2.3.
Nền tảng của phân tích yêu cầu ................................................................................................... 27
2.3.1. Các nguyên lý phân tích ............................................................................................................. 27
2.3.2. Mô hình hóa ............................................................................................................................... 28
2.3.3. Người phân tích .......................................................................................................................... 31
2.4.
Xác ñịnh và ñặc tả yêu cầu ........................................................................................................... 31
2.4.1. Xác ñịnh yêu cầu ........................................................................................................................ 31
2.4.2. ðặc tả yêu cầu ............................................................................................................................ 32
2.4.3. Thẩm ñịnh yêu cầu ..................................................................................................................... 33
2.5.
Làm bản mẫu trong quá trình phân tích .................................................................................... 34
2.5.1. Các bước làm bản mẫu ............................................................................................................... 34
2.6.

ðịnh dạng ñặc tả yêu cầu ............................................................................................................. 36

2.7.

Tổng kết ......................................................................................................................................... 38

CHƯƠNG 3.

THIẾT KẾ PHẦN MỀM ............................................................ 39

3.1.
Khái niệm về thiết kế phần mềm ................................................................................................. 39
3.1.1. Khái niệm ................................................................................................................................... 39

3.1.2. Tầm quan trọng .......................................................................................................................... 39
3.1.3. Quá trình thiết kế ........................................................................................................................ 40
3.1.4. Cơ sở của thiết kế ....................................................................................................................... 41
3.1.5. Mô tả thiết kế ............................................................................................................................. 42
3.1.6. Chất lượng thiết kế ..................................................................................................................... 44
3.2.
Thiết kế hướng chức năng ............................................................................................................ 46
3.2.1. Cách tiếp cận hướng chức năng ................................................................................................. 46
3.2.2. Biểu ñồ luồng dữ liệu ................................................................................................................. 47
3.2.3. Lược ñồ cấu trúc......................................................................................................................... 47
3.2.4. Các từ ñiển dữ liệu ..................................................................................................................... 47
3.3.
Thiết kế hướng ñối tượng ............................................................................................................. 48
3.3.1. Cách tiếp cận hướng ñối tượng .................................................................................................. 48
3.3.2. Ba ñặc trưng của thiết kế hướng ñối tượng ................................................................................ 48
3.3.3. Cơ sở của thiết kế hướng ñối tượng ........................................................................................... 48
3.3.4. Các bước thiết kế ........................................................................................................................ 49
3.3.5. Ưu nhược ñiểm của thiết kế hướng ñối tượng ............................................................................ 50
3.3.6. Quan hệ giữa thiết kế và lập trình hướng ñối tượng ................................................................... 50
3.3.7. Quan hệ giữa thiết kế hướng ñối tượng và hướng chức năng ..................................................... 51
3.4.
Thiết kế giao diện người sử dụng ................................................................................................. 51
3.4.1. Một số vấn ñề thiết kế ................................................................................................................ 53
3.4.2. Một số hướng dẫn thiết kế .......................................................................................................... 54
3.5.

Tổng kết ......................................................................................................................................... 54

CHƯƠNG 4.

LẬP TRÌNH ............................................................................... 56

ii


4.1.
Ngôn ngữ lập trình ........................................................................................................................ 56
4.1.1. ðặc trưng của ngôn ngữ lập trình ............................................................................................... 56
4.1.2. Lựa chọn ngôn ngữ lập trình ...................................................................................................... 57
4.1.3. Ngôn ngữ lập trình và và sự ảnh hưởng tới công nghệ phần mềm ............................................. 58
4.2.
Phong cách lập trình ..................................................................................................................... 59
4.2.1. Tài liệu chương trình .................................................................................................................. 59
4.2.2. Khai báo dữ liệu ......................................................................................................................... 59
4.2.3. Xây dựng câu lệnh...................................................................................................................... 60
4.2.4. Nhập/xuất ................................................................................................................................... 60
4.3.
Lập trình tránh lỗi ........................................................................................................................ 61
4.3.1. Lập trình thứ lỗi.......................................................................................................................... 62
4.3.2. Lập trình phòng thủ .................................................................................................................... 62
4.4.
Lập trình hướng hiệu quả thực hiện ........................................................................................... 63
4.4.1. Tính hiệu quả chương trình ........................................................................................................ 63
4.4.2. Hiệu quả bộ nhớ ......................................................................................................................... 64
4.4.3. Hiệu quả nhập/xuất..................................................................................................................... 64
4.5.

Tổng kết ......................................................................................................................................... 65

4.6.

Mẫu thực tế (Case Study) ................................................................. Error! Bookmark not defined.

CHƯƠNG 5.
5.1.

XÁC MINH VÀ THẨM ðỊNH ................................................... 66

Giới thiệu ....................................................................................................................................... 66

5.2.
Khái niệm về phép thử .................................................................................................................. 67
5.2.1. Thử nghiệm chức năng và thử nghiệm cấu trúc ......................................................................... 67
5.2.2. Thử nghiệm chức năng ............................................................................................................... 67
5.2.3. Thử nghiệm cấu trúc................................................................................................................... 68
5.3.
Quá trình thử nghiệm ................................................................................................................... 69
5.3.1. Thử nghiệm gây áp lực ............................................................................................................... 70
5.4.
Chiến lược thử nghiệm ................................................................................................................. 70
5.4.1. Thử nghiệm dưới lên .................................................................................................................. 70
5.4.2. Thử ngiệm trên xuống ................................................................................................................ 71
5.5.

Bảo trì phần mềm.......................................................................................................................... 71

CHƯƠNG 6.

QUẢN LÝ DỰ ÁN PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM.......................... 73

6.1.

Khái niệm dự án ............................................................................................................................ 73

6.2.

Các vấn ñề thường xảy ra ñối với một dự án phần mềm ........................................................... 73

6.3.

ðại cương về quản lý dự án .......................................................................................................... 73

6.4.
Các hoạt ñộng của quản lý dự án................................................................................................. 75
6.4.1. Xác ñịnh dự án phần mềm cần thực hiện ................................................................................... 75
6.4.2. Lập kế hoạch thực hiện dự án..................................................................................................... 76
6.4.3. Tổ chức thực hiện dự án ............................................................................................................. 77

iii


6.4.4.
6.4.5.

Quản lý quá trình thực hiện dự án .............................................................................................. 77
Kết thúc dự án ............................................................................................................................ 77

6.5.
ðộ ño phần mềm ........................................................................................................................... 77
6.5.1. ðo kích cỡ phần mềm ................................................................................................................ 77

6.5.2. ðộ ño dựa trên thống kê ............................................................................................................. 78
6.6.
Các tác vụ cần thiết ....................................................................................................................... 78
6.6.1. Ước lượng .................................................................................................................................. 78
6.6.2. Quản lý nhân sự.......................................................................................................................... 79
6.6.3. Quản lý cấu hình ........................................................................................................................ 80
6.6.4. Quản lý rủi ro ............................................................................................................................. 81

CHƯƠNG 7.

QUY TRÌNH PHÁT TRIỂN PHẦN MỀM .................................. 83

7.1.

Giới thiệu ....................................................................................................................................... 83

7.2.

Qui trình là gì? .............................................................................................................................. 83

7.3.

Một số quy trình mẫu SEP, ISO, CMM/CMMI ......................................................................... 84

CHƯƠNG 8.

CASE STUDY BÀI TOÁN ðĂNG KÝ HỌC PHẦN ................... 87

8.1.
Phát biểu bài toán (Vision) ........................................................................................................... 87

8.1.1. Bảng chú giải.............................................................................................................................. 88
8.1.1.1.
Giới thiệu ............................................................................................................................... 88
8.1.1.2.
Các ñịnh nghĩa ....................................................................................................................... 88
8.2.
Business Vision .............................................................................................................................. 89
8.2.1. Introduction ................................................................................................................................ 89
8.2.2. Positioning.................................................................................................................................. 89
8.2.3. Stakeholder and User Descriptions ............................................................................................ 90
8.2.4. Product Overview....................................................................................................................... 94
8.2.5. Constraints.................................................................................................................................. 96
8.2.6. Quality Ranges ........................................................................................................................... 97
8.2.7. Precedence and Priority .............................................................................................................. 97
8.2.8. Other Product Requirements ...................................................................................................... 97
8.2.9. Documentation Requirements .................................................................................................... 98
8.3.
Business Glossary .......................................................................................................................... 99
8.3.1. Introduction ................................................................................................................................ 99
8.3.2. Definitions .................................................................................................................................. 99
8.4.
ðặc tả bổ sung (Supplementary Specification) ......................................................................... 100
8.4.1. Mục tiêu ................................................................................................................................... 100
8.4.2. Phạm vi..................................................................................................................................... 101
8.4.3. Tài liệu tham khảo .................................................................................................................... 101
8.4.4. Chức năng ................................................................................................................................ 101
8.4.5. Tính khả dụng .......................................................................................................................... 101
8.4.6. Tính ổn ñịnh ............................................................................................................................. 101
8.4.7. Hiệu suất................................................................................................................................... 101
8.4.8. Sự hỗ trợ ................................................................................................................................... 101

8.4.9. Tính bảo mật ............................................................................................................................ 101
8.4.10.
Các ràng buộc thiết kế ......................................................................................................... 102

iv


8.5.

Sơ ñồ chức năng (Use Case Diagram) ....................................................................................... 103

8.6.
ðặc tả các chức năng (Use Case Description) ........................................................................... 104
8.6.1. Close Registration (Kết thúc ñăng ký) ..................................................................................... 104
8.6.2. Login (ðăng nhập) ................................................................................................................... 105
8.6.3. Maintain Professor Information (Quản lý thông tin giáo sư) ................................................... 106
8.6.4. Maintain Student Information (Quản lý thông tin sinh viên) ................................................... 108
8.6.5. Register for Courses (ðăng ký học phần) ................................................................................ 109
8.6.6. Select Courses to Teach (ðăng ký dạy) ................................................................................... 112
8.6.7. Submit Grades (Nộp ñiểm)....................................................................................................... 113
8.6.8. View Report Card (Xem phiếu ñiểm) ...................................................................................... 114
8.7.

Phân tích yêu cầu ........................................................................................................................ 115

8.8.

Thiết kế hệ thống ......................................................................................................................... 115

TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................. 116

v


CHƯƠNG 1.
PHẦN MỀM VÀ CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM
Công nghệ phần mềm hay kỹ nghệ phần mềm (tiếng Anh: software engineering) là sự
áp dụng một cách tiếp cận có hệ thống, có kỷ luật, và ñịnh lượng ñược cho việc phát
triển, hoạt ñộng và bảo trì phần mềm.
Ngành học Công nghệ phần mềm bao trùm kiến thức, các công cụ, và các phương
pháp cho việc ñịnh nghĩa yêu cầu phần mềm, và thực hiện các tác vụ thiết kế phần mềm,
xây dựng phần mềm, kiểm thử phần mềm (software testing), và bảo trì phần mềm.
Công nghệ phần mềm còn sử dụng kiến thức của các lĩnh vực như kỹ thuật máy tính,
khoa học máy tính, quản lý, toán học, quản lý dự án, quản lý chất lượng, công thái học
phần mềm (software ergonomics), và kỹ nghệ hệ thống (systems engineering).
Trích dẫn một câu nói của Edsger Dijkstra về công nghệ phần mềm:
Khi máy tính chưa xuất hiện, thì việc lập trình chưa có khó khăn gì cả. Khi mới xuất
hiện một vài chiếc máy tính chức năng kém thì việc lập trình bắt ñầu gặp một vài khó
khăn nho nhỏ. Giờ ñây khi chúng ta có những chiếc máy tính khổng lồ thì những khó
khăn ấy trở nên vô cùng lớn. Như vậy ngành công nghiệp ñiện tử không giải quyết khó
khăn nào cả mà họ chỉ tạo thêm ra những khó khăn mới. Khó khăn mà họ tạo nên chính
là việc sử dụng sản phẩm của họ.

1.1.

Tổng quan về khái niệm Phần mềm (software)

Phần mềm (Hán Việt còn gọi là nhu liệu; tiếng Anh: software) là một tập hợp những
câu lệnh ñược viết bằng một hoặc nhiều ngôn ngữ lập trình theo một trật tự xác ñịnh
nhằm tự ñộng thực hiện một số chức năng hoặc giải quyết một bài toán nào ñó.

1.2.

ðặc ñiểm của phần mềm

Trước ñây, ñể tạo ra chương trình máy tính người ta phải làm việc trực tiếp với các
con số 0 hoặc 1, hay còn gọi là ngôn ngữ máy. Công việc này vô cùng khó khăn, chiếm
nhiều thời gian, công sức và ñặc biệt dễ gây ra lỗi. ðể khắc phục nhược ñiểm này, người
ta ñề xuất ra hợp ngữ, một ngôn ngữ cho phép thay thế dãy 0 hoặc 1 này bởi các từ gợi
nhớ tiếng Anh. Tuy nhiên, cải tiến này vẫn còn chưa thật thích hợp với ña số người dùng
máy tính, những người luôn mong muốn các lệnh chính là ý nghĩa của các thao tác mà nó
mô tả. Vì vậy, ngay từ những năm 1950, người ta ñã xây dựng những ngôn ngữ lập trình
mà câu lệnh của nó gần với ngôn ngữ tự nhiên. Các ngôn ngữ này ñược gọi là ngôn ngữ
lập trình bậc cao.

1


Chương trình máy tính thường ñược tạo ra bởi con người, những người này ñược gọi
là lập trình viên, tuy nhiên cũng tồn tại những chương trình ñược sinh ra bởi các chương
trình khác.

1.3.
1.3.1.

Phân loại phần mềm
Theo phương thức hoạt ñộng

Phần mềm hệ thống dùng ñể vận hành máy tính và các phần cứng máy tính, ví dụ như
các hệ ñiều hành máy tính Windows XP, Linux, Unix, các thư viện ñộng (còn gọi là thư

viện liên kết ñộng; tiếng Anh: dynamic linked library - DLL) của hệ ñiều hành, các trình
ñiều khiển (driver), phần sụn(firmware) và BIOS. ðây là các loại phần mềm mà hệ ñiều
hành liên lạc với chúng ñể ñiều khiển và quản lý các thiết bị phần cứng.
Phần mềm ứng dụng ñể người sử dụng có thể hoàn thành một hay nhiều công việc
nào ñó, ví dụ như các phần mềm văn phòng (Microsoft Offices, Lotus 1-2-3, FoxPro),
phần mềm doanh nghiệp, phần mềm quản lý nguồn nhân lực XETA, phần mềm giáo dục,
cơ sở dữ liệu, phần mềm trò chơi, chương trình tiện ích, hay các loại phần mềm ác tính.
Các phần mềm chuyển dịch mã bao gồm trình biên dịch và trình thông dịch: các loại
chương trình này sẽ ñọc các câu lệnh từ các mã nguồn ñược viết bởi các lập trình viên
bằng một ngôn ngữ lập trình và dịch nó sang dạng ngôn ngữ máy mà máy tính có thể hiểu
ñưọc, hay dịch nó sang một dạng khác như là tập tin ñối tượng (object file) và các tập tin
thư viện (library file) mà các phần mềm khác (như hệ ñiều hành chẳng hạn) có thể hiểu
ñể vận hành máy tính thực thi các lệnh.

1.3.2.

Theo khả năng ứng dụng

Những phần mềm không phụ thuộc, nó có thể ñược bán cho bất kỳ khách hàng nào
trên thị trường tự do. Ví dụ: phần mềm về cơ sở dữ liệu như Oracle, ñồ họa như
Photoshop, Corel Draw, soạn thảo và xử lý văn bản, bảng tính... Ưu ñiểm: Thông thường
ñây là những phần mềm có khả năng ứng dụng rộng rãi cho nhiều nhóm người sử dụng.
Khuyết ñiểm: Thiếu tính uyển chuyển, tùy biến.
Những phần mềm ñược viết theo ñơn ñặt hàng hay hợp ñồng của một khách hàng cụ
thể nào ñó (một công ty, bệnh viện, trường học...). Ví dụ: phần mềm ñiều khiển, phần
mềm hỗ trợ bán hàng...
Ưu ñiểm: Có tính uyển chuyển, tùy biến cao ñể ñáp ứng ñược nhu cầu của một nhóm
người sử dụng nào ñó. Khuyết ñiểm: Thông thường ñây là những phần mềm ứng dụng
chuyên ngành hẹp.

2


1.4.

Tầm quan trọng và sự tiến hóa của phần mềm

Máy tính khác với các máy móc thông thường ở ñiểm nó có thể thực hiện các nhiệm
vụ rất khác nhau bằng cách sử dụng các phần mềm khác nhau. Tức là phần mềm tạo ra sự
khác biệt giữa các máy tính và cũng quyết ñịnh năng lực của máy tính. Cho ñến những
năm 1990, xu hướng của ngành công nghiệp máy tính là phát triển phần cứng nhằm giảm
giá thành hệ thống và tăng năng lực xử lý cũng như lưu trữ dữ liệu. Do nhu cầu phần
mềm tăng lên nhanh chóng, thách thức hay mục tiêu của ngành công nghiệp máy tính
hiện nay là sự cải thiện chất lượng và giảm giá thành của phần mềm.
Có thể nói khả năng của phần cứng biểu thị cho tiềm năng của hệ thống còn phần
mềm là một cơ chế giúp chúng ta khai thác tiềm năng này. Chúng ta hãy xem xét tầm
quan trọng của phần mềm trên khía cạnh sự tiến hóa và phạm vi ứng dụng của chúng.

1.4.1.

Tiến hóa của phần mềm

Sự tiến hóa của phần mềm gắn liền với sự tiến hóa của phần cứng và có thể chia làm
4 giai ñoạn:

a. Những năm ñầu (từ 1950 ñến 1960):
-

Giai ñoạn này phần cứng thay ñổi liên tục, số lượng máy tính rất ít và phần lớn mỗi
máy ñều ñược ñặt hàng chuyên dụng cho một ứng dụng ñặc biệt.

-

Phương thức chính là xử lý theo lô (batch), tức là “gói” các chương trình có sử dụng
kết quả của nhau lại thành một khối dể tăng tốc ñộ thực hiện.

-

Thời kỳ này lập trình máy tính ñược coi là nghệ thuật “theo bản năng”, chưa có
phương pháp hệ thống. Việc phát triển phần mềm chưa ñược quản lý.

-

Môi trường lập trình có tính chất cá nhân; thiết kế, tiến trình phần mềm không tường
minh, thường không có tài liệu. Sản xuất có tính ñơn chiếc, theo ñơn ñặt hàng. Người
lập trình thường là người sử dụng và kiêm cả việc bảo trì và sửa lỗi.

b. Thời kỳ trải rộng từ những năm 1960 ñến giữa những năm 1970:
-

Các hệ thống ña nhiệm, ña người sử dụng (ví dụ: Multics, Unix,...) xuất hiện dẫn ñến
khái niệm mới về tương tác người máy. Kỹ thuật này mở ra thế giới mới cho các ứng
dụng và ñòi hỏi mức ñộ tinh vi hơn cho cả phần mềm và phần cứng.

-

Nhiều hệ thống thời gian thực với các ñặc trưng thu thập, phân tích và biến ñổi dữ
liệu từ nhiều nguồn khác nhau và phản ứng (xử lý, tạo output) trong một khoảng thời
gian nhất ñịnh xuất hiện.

-

Tiến bộ lưu trữ trực tuyến làm xuất hiện thế hệ ñầu tiên của hệ quản trị CSDL.

3


-

Số lượng các hệ thống dựa trên máy tính phát triển, nhu cầu phân phối mở rộng, thư
viện phần mềm phát triển, quy mô phần mềm ngày càng lớn làm nẩy sinh nhu cầu sửa
chữa khi gặp lỗi, cần sửa ñổi khi người dùng có yêu cầu hay phải thích nghi với
những thay ñổi của môi trường phần mềm (phần cứng, hệ ñiều hành, chương trình
dịch mới). Công việc bảo trì phần mềm dần dần tiêu tốn nhiều công sức và tài nguyên
ñến mức báo ñộng.

c. Thời kỳ từ giữa những năm 1970 ñến ñầu những năm 1990:
-

Hệ thống phân tán (bao gồm nhiều máy tính, mỗi máy thực hiện một chức năng và
liên lạc với các máy khác) xuất hiện làm tăng quy mô và ñộ phức tạp của phần mềm
ứng dụng trên chúng.

-

Mạng toàn cục và cục bộ, liên lạc số giải thông cao phát triển mạnh làm tăng nhu cầu
thâm nhập dữ liệu trực tuyến, nảy sinh yêu cầu lớn phát triển phần mềm quản lý dữ
liệu.

-

Công nghệ chế tạo các bộ vi xử lý tiến bộ nhanh khiến cho máy tính cá nhân, máy
trạm ñể bàn, và các thiết bị nhúng (dùng cho ñiều khiển trong robot, ô tô, thiết bị y tế,
ñồ ñiện gia dụng,...) phát triển mạnh khiến cho nhu cầu về phần mềm tăng nhanh.

-

Thị trường phần cứng ñi vào ổn ñịnh, chi phí cho phần mềm tăng nhanh và có khuynh
hướng vượt chi phí mua phần cứng.

d. Thời kỳ sau 1990:
-

Công nghệ hướng ñối tượng là cách tiếp cận mới ñang nhanh chóng thay thế nhiều
cách tiếp cận phát triển phần mềm truyền thống trong các lĩnh vực ứng dụng.

-

Sự phát triển của Internet làm cho người dùng máy tính tăng lên nhanh chóng, nhu
cầu phần mềm ngày càng lớn, quy mô và ñộ phức tạp của những hệ thống phần mềm
mới cũng tăng ñáng kể.

-

Phần mềm trí tuệ nhân tạo ứng dụng các thuật toán phi số như hệ chuyên gia, mạng
nơ ron nhân tạo ñược chuyển từ phòng thí nghiệm ra ứng dụng thực tế mở ra khả
năng xử lý thông tin và nhận dạng kiểu con người.

1.4.2.

Sự ứng dụng của phần mềm

Chúng ta có thể chia phần mềm theo miền ứng dụng thành 7 loại như sau:

a. Phần mềm hệ thống
-

Là một tập hợp các chương trình ñược viết ñể phục vụ cho các chương trình khác

-

Xử lý các cấu trúc thông tin phức tạp nhưng xác ñịnh (trình biên dịch, trình soạn thảo,
tiện ích quản lý tệp)

4


-

ðặc trưng bởi tương tác chủ yếu với phần cứng máy tính

-

Phục vụ nhiều người dùng

-

Cấu trúc dữ liệu phức tạp và nhiều giao diện ngoài

b. Phần mềm thời gian thực

Phần mềm ñiều phối, phân tích hoặc kiểm soát các sự kiện thế giới thực ngay khi
chúng xuất hiện ñược gọi là phần mềm thời gian thực. ðiển hình là các phần mềm ñiều
khiển các thiết bị tự ñộng. Phần mềm thời gian thực bao gồm các thành tố:
-

Thành phần thu thập dữ liệu ñể thu và ñịnh dạng thông tin từ môi trường ngoài

-

Thành phần phân tích ñể biến ñổi thông tin theo yêu cầu của ứng dụng

-

Thành phần kiểm soát hoặc ñưa ra ñáp ứng môi trường ngoài

-

Thành phần ñiều phối ñể ñiều hòa các thành phần khác sao cho có thể duy trì việc ñáp
ứng thời gian thực
Hệ thống thời gian thực phải ñáp ứng những ràng buộc thời gian chặt chẽ.

c. Phần mềm nghiệp vụ
Là các phần mềm phục vụ các hoạt ñộng kinh doanh hay các nghiệp vụ của tổ chức,
doanh nghiệp. ðây có thể coi là lĩnh vực ứng dụng phần mềm lớn nhất. ðiển hình là các
hệ thống thông tin quản lý gắn chặt với CSDL, các ứng dụng tương tác như xử lý giao tác
cho các ñiểm bán hàng.

d. Phần mềm khoa học và công nghệ
-

ðược ñặc trưng bởi các thuật toán (tính toán trên ma trận số, mô phỏng...).

-

Thường ñòi hỏi phần cứng có năng lực tính toán cao.

e. Phần mềm nhúng
-

Nằm trong bộ nhớ chỉ ñọc và ñược dùng ñể ñiều khiển các sản phẩm và hệ thống cho
người dùng và thị trường công nghiệp.

-

Có các ñặc trưng của phần mềm thời gian thực và phần mềm hệ thống.

f. Phần mềm máy tính cá nhân
-

Bùng nổ từ khi xuất hiện máy tính cá nhân, giải quyết các bài toán nghiệp vụ nhỏ như
xử lý văn bản, trang tính, ñồ họa, quản trị CSDL nhỏ...

-

Yếu tố giao diện người-máy rất ñược chú trọng.

5


g. Phần mềm trí tuệ nhân tạo

-

Dùng các thuật toán phi số ñể giải quyết các vấn ñề phức tạp mà tính toán hay phân
tích trực tiếp không quản lý nổi

-

Các ứng dụng chính là: hệ chuyên gia (hệ cơ sở tri thức), nhận dạng (hình ảnh và
tiếng nói), chứng minh ñịnh lý và chơi trò chơi, mô phỏng.

Ngoài ra, chúng ta còn có thể kể ñến một dạng phần mềm ñặc biệt là phần mềm phục
vụ công nghệ phần mềm. ðó là các phần mềm như chương trình dịch, phần mềm gỡ rối,
các công cụ hỗ trợ phân tích thiết kế (CASE)... Các phần mềm này có thể xuất hiện dưới
dạng phần mềm máy tính cá nhân, phần mềm hệ thống hoặc là phần mềm nghiệp vụ.

1.5.
1.5.1.

Sơ lược về quá trình tạo phần mềm
Về mặt thiết kế

Tùy theo mức ñộ phức tạp của phần mềm làm ra, người thiết kế phần mềm sẽ ít nhiều
dùng ñến các phương tiện ñể tạo ra mẫu thiết kế theo ý muốn (chẳng hạn như là các sơ ñồ
khối, các lưu ñồ, các thuật toán và các mã giả), sau ñó mẫu này ñược mã hoá bằng các
ngôn ngữ lập trình và ñưọc các trình dịch chuyển thành các khối lệnh (module) hay/và
các tệp khả thi. Tập họp các tệp khả thi và các khối lệnh ñó làm thành một phần mềm.
Thường khi một phần mềm ñược tạo thành, ñể cho hoàn hảo thì phần mềm ñó phải ñưọc
ñiều chỉnh hay sửa chữa từ khâu thiết kế cho ñến khâu tạo thành phiên bản phần mềm
một số lần. Một phần mềm thông thường sẽ tương thích với một hay vài hệ ñiều hành, tùy
theo cách thiết kế, cách viết mã nguồn và ngôn ngữ lập trình ñược dùng.

1.5.2.

Sản xuất và phát triển

Việc phát triển và ñưa ra thị trường của một phần mềm là ñối tượng nghiên cứu của
bộ môn kỹ nghệ phần mềm hay còn gọi là công nghệ phần mềm (software engineering).
Bộ môn này nghiên cứu các phương pháp tổ chức, cách thức sử dụng nguồn tài nguyên,
vòng quy trình sản xuất, cùng với các mối liên hệ với thị trường, cũng như liên hệ giữa
các yếu tố này với nhau. Tối ưu hoá qui trình sản xuất phần mềm cũng là ñối tượng ñưọc
cứu xét của bộ môn.

1.6.

Khó khăn, thách thức ñối với phát triển phần mềm

Từ những năm 60, nhiều dự án phần mềm lớn không thành công như các dự án OS
360 (tiêu tốn một số tiền và thời gian gấp nhiều lần dự kiến) và TSS 360 (không ñạt các
chỉ tiêu kỹ thuật, hầu như không hoạt ñộng) của IBM. Do ñó, việc phát triển phần mềm
dần dần ñã ñược nhận thức là một lĩnh vực ñầy khó khăn và chứa nhiều rủi ro. Chúng ta
sẽ xem xét các khó khăn và thách thức trên các khía cạnh ñặc trưng, qui mô và nhu cầu
của phần mềm.

6


1.6.1.

Phần mềm và phần mềm tốt

Phần mềm thông thường ñược ñịnh nghĩa bao gồm:
-

các lệnh máy tính nhằm thực hiện các chức năng xác ñịnh

-

các cấu trúc dữ liệu cho phép chương trình thao tác với dữ liệu

-

các tài liệu giúp cho người dùng có thể vận hành ñược phần mềm
Bốn thuộc tính chủ chốt mà một hệ phần mềm tốt phải có là:

-

Có thể bảo trì ñược: phần mềm tuổi thọ dài phải ñược viết và ñược lập tư liệu sao cho
việc thay ñổi có thể tiến hành ñược mà không quá tốn kém. ðây ñược coi là ñặc tính
chủ chốt nhất của một phần mềm tốt. ðể có thể bảo trì ñược, phần mềm phải có một
thiết kế tốt có tính modun hóa cao, ñược viết bằng ngôn ngữ bậc cao và ñược lập tài
liệu (tài liệu phân tích, thiết kế, chú thích mã nguồn, hướng dẫn người dùng...) ñầy
ñủ.

-

ðáng tin cậy: phần mềm phải thực hiện ñược ñiều mà người tiêu dùng mong mỏi và
không thất bại nhiều hơn những ñiều ñã ñược ñặc tả. ðiều này có nghĩa là phần mềm
phải thỏa mãn ñược nhu cầu của người dùng. ðể ñạt ñược yếu tố ñáng tin cậy, trước
tiên người phát triển cần phải hiểu một cách ñúng ñắn yêu cầu của người dùng và sau
ñó cần thỏa mãn ñược các yêu cầu này bằng các thiết kế và cài ñặt tốt.

-

Có hiệu quả: phần mềm khi hoạt ñộng phải không lãng phí tài nguyên hệ thống như
bộ nhớ, bộ xử lý. Nếu phần mềm chạy quá chậm hay ñòi hỏi quá nhiều bộ nhớ... thì
dù có ñược cài ñặt rất nhiều chức năng cũng sẽ không ñược ñưa vào sử dụng. Tuy
nhiên, ngoại trừ các phần mềm nhúng hay thời gian thực ñặc biệt, người ta thường
không cực ñại hóa mức ñộ hiệu quả vì rằng việc ñó có thể phải dùng ñếm các kỹ thuật
ñặc thù và cài ñặt bằng ngôn ngữ máy khiến cho chi phí tăng cao và phần mềm rất
khó thay ñổi (tính bảo trì kém).

-

Dễ sử dụng: giao diện người sử dụng phải phù hợp với khả năng và kiến thức của
người dùng, có các tài liệu hướng dẫn và các tiện ích trợ giúp. ðối tượng chính của
các phần mềm nghiệp vụ thường là người không am hiểu về máy tính, họ sẽ xa lánh
các phần mềm khó học, khó sử dụng.

Có thể thấy rõ, việc tối ưu hóa ñồng thời các thuộc tính này là rất khó khăn. Các
thuộc tính có thể mẫu thuẫn lẫn nhau, ví dụ như tính hiệu quả và tính dễ sử dụng, tính bảo
trì. Quan hệ giữa chi phí cải tiến và hiệu quả ñối với từng thuộc tính không phải là tuyến
tính. Nhiều khi một cải thiện nhỏ trong bất kỳ thuộc tính nào cũng có thể là rất ñắt.
Một khó khăn khác của việc phát triển phần mềm là rất khó ñịnh lượng các thuộc tính
của phần mềm. Chúng ta thiếu các ñộ ño và các chuẩn về chất lượng phần mềm. Vấn ñề
giá cả phải ñược tính ñến khi xây dựng một phần mềm. Chúng ta sẽ xây dựng ñược một

7


phần mềm dù phức tạp ñến ñâu nếu không hạn chế về thời gian và chi phí. ðiều quan

trọng là chúng ta phải xây dựng một phần mềm tốt với một giá cả hợp lý và theo một lịch
biểu ñược ñịnh trước.

1.6.2.

ðặc trưng phát triển và vận hành phần mềm

Chúng ta có thể thấy khó khăn hàng ñầu của việc phát triển phần mềm là do tính chất
phần mềm là hệ thống logic, không phải là hệ thống vật lý. Do ñó nó có ñặc trưng khác
biệt ñáng kể với các ñặc trưng của phần cứng. Dưới ñây là 3 yếu tố chính tạo ra sự phức
tạp trong quá trình phát triển cũng như sử dụng, bảo trì phần mềm.

a. Phần mềm không ñược chế tạo theo nghĩa cổ ñiển
Phần mềm cũng ñược ñược thiết kế, phát triển như phần cứng, nhưng nó không ñịnh
hình trước. Chỉ khi phát triển xong người ta có sản phẩm cụ thể và hiểu ñược nó có hiệu
quả hay không. Tức là ở các bước trung gian, chúng ta rất khó kiểm soát chất lượng của
phần mềm.
Giá thành của phần cứng chủ yếu bị chi phối bởi giá thành nguyên vật liệu và chúng
ta tương ñối dễ kiểm soát. Trong khi ñó, giá thành phần mềm chủ yếu tập chung vào chi
phí nhân công. Quá trình phát triển phần mềm phụ thuộc vào con người (hiểu biết, khả
năng vận dụng, kinh nghiệm và cách thức quản lý) và ñược tiến hành phát triển trong
ñiều kiện môi trường (kỹ thuật, xã hội) ña dạng và không ngừng thay ñổi. Do ñó chúng ta
rất khó ước lượng ñược chi phí cũng như hiệu quả của phần mềm.

b. Phần mềm không hỏng ñi nhưng thoái hóa theo thời gian
Phần mềm không cảm ứng ñối với những tác ñộng của môi trường vốn gây cho phần
cứng bị mòn cũ ñi, nhưng nó cũng thoái hóa theo thời gian. Thực tế, phần mềm trải qua
thời gian sử dụng cần phải ñược thay ñổi (bảo trì) ñể ñáp ứng nhu cầu luôn thay ñổi của
tổ chức sử dụng nó. Mỗi khi thay ñổi, sẽ xuất hiện thêm một số khiếm khuyết mới không
thể tránh làm cho số lỗi tiềm ẩn trong phần mềm tăng lên. Dần dần, phần mềm bị thoái

hóa do tỷ lệ sai hỏng ngày càng tăng lên ñến mức gây ra những thiệt hại không thể chấp
nhận ñược.
Việc bảo trì phần mềm phức tạp hơn nhiều và có bản chất khác hẳn so với bảo trì
phần cứng do sự phức tạp của hệ thống phần mềm và sự không có sẵn phần thay thế cho
bộ phận bị lỗi. Chúng ta không thay thế bộ phận bị lỗi bằng cái có sẵn mà thực tế phải tạo
ra một môñun mới. Do ñó, thông thường chỉ có nhà sản xuất phần mềm mới bảo trì (sửa
chữa) ñược hỏng hóc. Sẽ rất khó ước lượng ñược chi phí cho bảo trì phần mềm.

8


c. Phần lớn phần mềm ñều ñược xây dựng từ ñầu, ít khi ñược lắp ráp từ thành
phần có sẵn
-

Phần mềm không có danh mục các thành phần cố ñịnh như phần cứng.

-

Phần mềm thường ñược ñặt hàng theo một ñơn vị hoàn chỉnh, theo yêu cầu riêng của
khách hàng.

-

Phần mềm ít khi có thể lắp ráp theo một khuôn mẫu có sẵn. Yêu cầu với phần mềm
thay ñổi theo môi trường cụ thể mà ở ñó nó ñược xây dựng. Môi trường của phần
mềm (gồm phần cứng, phần mềm nền, con người và tổ chức) không thể ñịnh dạng từ
trước và lại thay ñổi thường xuyên.

Những yếu tố này dẫn ñến chi phí cho phần mềm cao và rất khó ñảm bảo ñược lịch

biểu cho phát triển phần mềm.

1.6.3.

Nhu cầu và ñộ phức tạp

Tuy ngành công nghiệp máy tính ñã bước sang giai ñoạn phát triển thứ tư nhưng các
thách thức ñối với phát triển phần mềm máy tính không ngừng gia tăng vì những nguyên
nhân sau:
-

Khả năng xây dựng các chương trình mới không giữ ñược cùng nhịp với nhu cầu về
phần mềm tăng lên nhanh chóng, ñặc biệt khi Internet phát triển và số lượng người
dùng tăng cao. Ngày nay, sản xuất phần mềm ñã trở thành một ngành công nghiệp
không lồ tuy vậy năng suất không cao, không ñáp ứng ñược ñòi hỏi của xã hội và
ñiều này ảnh hưởng lớn ñến giá thành và chất lượng phần mềm. Ngoài ra, còn tồn tại
rất nhiều chương trình ñược thiết kế và lập tài liệu sơ sài khiến cho việc bảo trì rất
khó khăn và kém tài nguyên. Phát triển các phần mềm mới dễ bảo trì ñể thay thế các
hệ thống cũ trở thành nhu cầu cấp bách.

-

Cùng với sự phát triển của phần cứng, quy mô và ñộ phức tạp của các phần mềm mới
ngày càng tăng. Một số phần mềm hiện ñại có kích thước ñược tính bằng ñơn vị triệu
dòng lệnh (HðH Unix, Windows...). Một vấn ñề khó khăn trong sản xuất phần mềm
lớn là ñộ phức tạp tăng vọt, các kinh nghiệm sản xuất sản phẩm nhỏ không ứng dụng
ñược cho môi trường làm việc theo nhóm và phát triển sản phẩm lớn.

-

Sự tinh vi và năng lực của phần cứng ñã vượt xa khả năng xây dựng phần mềm ñể có
thể sử dụng ñược các tiềm năng của nó. Tất cả các khó khăn và thách thức nêu trên ñã
dẫn ñến việc chấp nhận thực hành công nghệ phần mềm ñể có thể tạo nhanh các phần
mềm có nhất lượng ngày một cao, có quy mô và số lượng ngày một lớn và có những
tính năng tương ứng với tiềm năng phần cứng.

9


1.7.
1.7.1.

Công nghệ phần mềm
ðịnh nghĩa

Một ñịnh nghĩa ban ñầu về công nghệ phần mềm do Fritz Bauer nêu ra là: Việc thiết
lập và sử dụng các nguyên lý công nghệ ñúng ñắn ñể thu ñược phần mềm một cách kinh
tế vừa tin cậy vừa làm việc hiệu quả trên các máy thực. Công nghệ phần mềm là một quá
trình gồm một loạt các bước chứa ñựng 3 yếu tố chủ chốt:
-

Phương pháp

-

Công cụ

-

Thủ tục

Các yếu tố này giúp người quản lý kiểm soát ñược tiến trình phát triển phần mềm,
cung cấp cho người kỹ sư phần mềm một nền tảng ñể xây dựng phần mềm chất lượng cao
theo một cách thức hiệu quả, trong những giới hạn nhất ñịnh.

a. Các phương pháp
Chỉ ra cách làm về mặt kỹ thuật ñể xây dựng phần mềm, ñược sử dụng trong các
bước: lập kế hoạch, ước lượng dự án, phân tích yêu cầu hệ thống và phần mềm, thiết kế
cấu trúc dữ liệu, kiến trúc chương trình và thủ tục thuật toán, mã hóa kiểm thử và bảo trì.
Các phương pháp cho công nghệ phần mềm thường ñưa ra các ký pháp ñồ họa hay hướng
ngôn ngữ ñặc biệt, cách thức thực hiện và một tập các tiêu chuẩn về chất lượng của sản
phẩm phần mềm.

b. Các công cụ
Cung cấp sự hỗ trợ tự ñộng hay bán tự ñộng ñể phát triển phần mềm theo từng
phương pháp khác nhau. Khi các công cụ ñược tích hợp ñến mức các thông tin do chúng
tạo ra có thể ñược dùng cho các công cụ khác thì hệ thống hỗ trợ phát triển phần mềm ñã
ñược thiết lập và còn ñược gọi là công nghệ phần mềm có máy tính hỗ trợ (CASE Computer Aided Software Engineering).

c. Các thủ tục
Các thủ tục là chất keo dán các phương pháp và công cụ lại với nhau làm cho chúng
ñược sử dụng hợp lý và ñúng hạn trong quá trình phát triển phần mềm. Thủ tục bao gồm:
-

Xác ñịnh ra trình tự các phương pháp sẽ ñược áp dụng cho mỗi dự án.

-

Tạo sản phẩm cần bàn giao (tài liệu báo cáo, bản mẫu,...) cần cho việc kiểm soát ñể
ñảm bảo chất lượng và ñiều hòa thay ñổi.

10


-

Xác ñịnh những cột mốc mà tại ñó có các sản phẩm nhất ñịnh ñược bàn giao ñể cho
người quản lý phần mềm nắm ñược tiến ñộ và kiểm soát ñược kết quả.

1.8.

Các mô hình phát triển sản phẩm phần mềm

Quá trình phát triển phần mềm là tập hợp các thao tác và các kết quả tương quan ñể
sản xuất ra một sản phẩm phần mềm. Hầu hết các thao tác này ñược tiến hành bởi các kỹ
sư phần mềm. Các công cụ hỗ trợ máy tính về kỹ thuật phần mềm có thể ñược dùng ñể
giúp trong một số thao tác.
Có 4 thao tác là nền tảng của hầu hết các quá trình phần mềm là:
-

ðặc tả phần mềm: Các chức năng của phần mềm và ñiều kiện ñể nó hoạt ñộng phải
ñược ñịnh nghĩa.

-

Sự phát triển phần mềm: ðể phần mềm ñạt ñược ñặc tả thì phải có quá trình phát triển
này.

-

ðánh giá phần mềm: Phần mềm phải ñược ñánh giá ñể chắc chắn rằng nó làm những
gì mà khách hàng muốn.

-

Sự tiến hóa của phần mềm: Phần mềm phải tiến hóa ñể thỏa mãn sự thay ñổi các yêu
cầu của khách hàng.

Sau ñây, chúng ta sẽ xem xét một số cách tiếp cận (còn gọi là mô hình hay khuôn
cảnh) cơ bản trong tiến trình phát triển phần mềm.

1.8.1.

Mô hình vòng ñời cổ ñiển

Dưới ñây mô tả công nghệ phần mềm ñược tiến hành theo mô hình vòng ñời cổ ñiển,
ñôi khi còn ñược gọi là mô hình thác nước (hình 1.1). Mô hình này yêu cầu tiếp cận một
cách hệ thống, tuần tự và chặt chẽ (xong bước này mới chuyển sang bước sau) ñối với
việc phát triển phần mềm, bắt ñầu ở mức phân tích hệ thống và tiến dần xuống phân tích,
thiết kế, mã hóa, kiểm thử và bảo trì:

a. Công nghệ và phân tích hệ thống
Công nghệ và phân tích hệ thống bao gồm việc thu thập yêu cầu ở mức hệ thống với
một lượng nhỏ thiết kế và phân tích ở mức ñỉnh. Mục ñích của bước này là xác ñịnh khái
quát về phạm vi, yêu cầu cũng như tính khả thi của phần mềm.

b. Phân tích yêu cầu phần mềm
-

Phân tích yêu cầu ñược tập trung việc thu thập và phân tích các thông tin cần cho

phần mềm, các chức năng cần phải thực hiện, hiệu năng cần có và các giao diện cho
người sử dụng.

11


-

Kết quả của phân tích là tư liệu về yêu cầu cho hệ thống và phần mềm (ñặc tả yêu
cầu) ñể khách hàng duyệt lại và dùng làm tài liệu cho người phát triển.

c. Thiết kế
-

Là quá trình chuyển hóa các yêu cầu phần mềm thành các mô tả thiết kế

-

Thiết kế gồm nhiều bước, thường tập trung vào 4 công việc chính: thiết kế kiến trúc
phần mềm, thiết kế cấu trúc dữ liệu, thiết kế chi tiết các thủ tục, thiết kế giao diện và
tương tác.

-

Lập tư liệu thiết kế (là một phần của cấu hình phần mềm) ñể phê duyệt

d. Mã hóa
Biểu diễn thiết kế bằng một hay một số ngôn ngữ lập trình và dịch thành mã máy thực
hiện ñược.

e. Kiểm thử
Tiến trình kiểm thử bao gồm việc
-

phát hiện và sửa lỗi phần logic bên trong chương trình hay còn gọi là lỗi lập trình,

-

kiểm tra xem phần mềm có hoạt ñộng như mong muốn không, tức là phát hiện và sửa
lỗi về chức năng như thiếu hụt, sai sót về chức năng; và kiểm tra xem phần mềm có
ñảm bảo tính hiệu quả trong thực hiện hay không.

f. Bảo trì
Bao gồm các công việc sửa các lỗi phát sinh khi áp dụng chương trình hoặc thích ứng
nó với thay ñổi trong môi trường bên ngoài (hệ ñiều hành mới, thiết bị ngoại vi mới, yêu
cầu người dùng) hoặc yêu cầu bổ sung chức năng hay nâng cao hiệu năng cần có.
Một số các vấn ñề có thể gặp phải khi dùng mô hình vòng ñời cổ ñiển là:
-

Các dự án thực hiếm khi tuân theo dòng chảy tuần tự mà mô hình ñề nghị. Bao giờ
việc lặp lại cũng xuất hiện và tạo ra các vấn ñề trong việc áp dụng mô hình này.

-

Khách hàng thường khó phát biểu mọi yêu cầu một cách tường minh từ ñầu. Vòng
ñời cổ ñiển ñòi hỏi ñiều này và thường khó thích hợp với sự bất trắc tự nhiên tồn tại
vào lúc ñầu của nhiều dự án.

-

ðòi hỏi khách hàng phải kiên nhẫn. Bản làm việc ñược của chương trình chỉ có ñược
vào lúc cuối của thời gian dự án. Một sai sót nhỏ trong phân tích/thiết kế nếu ñến khi
có chương trình làm việc mới phát hiện ra, có thể sẽ là một thảm họa.

Tuy vậy, mô hình vòng ñời cổ ñiển có một vị trí quan trọng trong công việc về công
nghệ phần mềm. Nó ñưa ra một tiêu bản trong ñó có thể bố trí các phương pháp cho phân
12


tích, thiết kế, mã hóa, kiểm thử và bảo trì. Vòng ñời cổ ñiển vẫn còn là một mô hình ñược
sử dụng rộng rãi, nhất là ñối với các dự án vừa và nhỏ.
Phân tích

Thiết kế

Mã hoá

Kiểm thử

Bảo trì
Hình 1.1. Mô hình vòng ñời cổ ñiển.

Chỗ yếu của mô hình này là nó không linh hoạt. Các bộ phận của ñề án chia ra thành
những phần riêng của các giai ñoạn. Hệ thống phân phối ñôi khi không dùng ñược vì
không thỏa mãn ñược yêu cầu của khách hàng. Mặc dù vậy mô hình này phản ảnh thực tế
công nghệ. Như là một hệ quả ñây vẫn là mô hình cơ sở cho ña số các hệ thống phát triển
phần mềm - phần cứng.

1.8.2.

Mô hình làm bản mẫu

Cách tiếp cận làm bản mẫu cho công nghệ phần mềm là cách tiếp cận tốt nhất khi:
-

Mục tiêu tổng quát cho phần mềm ñã xác ñịnh, nhưng chưa xác ñịnh ñược input và
output.

-

Người phát triển không chắc về hiệu quả của thuật toán, về thích nghi hệ ñiều hành
hay giao diện người máy cần có.

Khi ñã có bản mẫu, người phát triển có thể dùng chương trình ñã có hay các công cụ
phần mềm trợ giúp ñể sinh ra chương trình làm việc.
Làm bản mẫu là tạo ra một mô hình cho phần mềm cần xây dựng. Mô hình có thể có
3 dạng:
-

Bản mẫu trên giấy hay trên máy tính mô tả giao diện người-máy làm người dùng hiểu
ñược cách các tương tác xuất hiện.

-

Bản mẫu cài ñặt chỉ một tập con chức năng của phần mềm mong ñợi.

13


-

Bản mẫu là một chương trình có thể thực hiện một phần hay tất cả chức năng mong
muốn nhưng ở mức sơ lược và cần cải tiến thêm các tính năng khác tùy theo khả năng
phát triển.

Trước hết người phát triển và khách hàng gặp nhau và xác ñịnh mục tiêu tổng thể cho
phần mềm, xác ñịnh các yêu cầu ñã biết, các miền cần khảo sát thêm. Tiếp theo là giai
ñoạn thiết kế nhanh, tập trung vào việc biểu diễn các khía cạnh của phần mềm thấy ñược
ñối với người dùng (input và output), và xây dựng một bản mẫu. Người dùng ñánh giá và
làm mịn các yêu cầu cho phần mềm. Tiến trình này lặp ñi lặp lại cho ñến khi bản mẫu
thoả mãn yêu cầu của khách hàng, ñồng thời giúp người phát triển hiểu kỹ hơn nhu cầu
nào cần phải thực hiện (hình 1.2).
Một biến thể của mô hình này là mô hình thăm dò, trong ñó các yêu cầu ñược cập
nhật liên tục và bản mẫu ñược tiến hóa liên tục ñể trở thành sản phẩm cuối cùng. Mô hình
làm bản mẫu có một số vấn ñề như:
-

Do sự hoàn thiện dần (tiến hóa) của bản mẫu, phần mềm nhiều khi có tính cấu trúc
không cao, dẫn ñến khó kiểm soát, khó bảo trì.

-

Khách hàng nhiều khi thất vọng với việc phát triển phần mềm do họ nhầm tưởng bản
mẫu là sản phẩm cuối cùng hướng tới người sử dụng. Khách hàng cũng có thể không
dành nhiều công sức vào ñánh giá bản mẫu.
Bắt ñầu

Kết thúc
Sản phẩm
cuối cùng

Tập hợp
Yêu cầu
Thiết kế
nhanh

Làm mịn
yêu cầu
Xây dựng
bản mẫu
ðánh giá của
khách hàng

Hình 1.2. Mô hình làm bản mẫu.

14


1.8.3.

Mô hình xoắn ốc

Mô hình xoắn ốc ñược Boehm ñưa ra năm 1988. ðây là mô hình phát triển từ mô
hình thác nước cho thấy mức ñộ tổng quát hơn của các pha sản xuất của một sản phẩm.
Mô hình này ñưa thêm vào việc phân tích yếu tố rủi ro. Quá trình phát triển ñược chia
thành nhiều bước lặp lại, mỗi bước bắt ñầu bằng việc phân tích rủi ro rồi tạo bản mẫu, cải
tạo và phát triển bản mẫu, duyệt lại, và cứ thế tiếp tục (hình 1.3). Nội dung một bước
gồm bốn hoạt ñộng chính:
-

Lập kế hoạch: xác ñịnh mục tiêu, các giải pháp và ràng buộc

-

Phân tích rủi ro: phân tích các phương án và xác ñịnh/giải quyết rủi ro

-

Công nghệ: phát triển sản phẩm “mức tiếp theo”

-

ðánh giá: ñánh giá của khách hàng về kết quả của công nghệ

Với mỗi lần lặp xoắn ốc (bắt ñầu từ tâm), các phiên bản ñược hoàn thiện dần. Nếu
phân tích rủi ro chỉ ra rằng yêu cầu không chắc chắn thì bản mẫu có thể ñược sử dụng
trong giai ñoạn công nghệ; các mô hình và các mô phỏng khác cũng ñược dùng ñể làm rõ
hơn vấn ñề và làm mịn yêu cầu.
Tại một vòng xoắn ốc, phân tích rủi ro phải ñi ñến quyết ñịnh “tiến hành tiếp hay
dừng”. Nếu rủi ro quá lớn thì có thể ñình chỉ dự án.
Mô hình xoắn ốc cũng có một số vấn ñề như khó thuyết phục những khách hàng lớn
rằng cách tiếp cận tiến hóa là kiểm soát ñược. Nó ñòi hỏi tri thức chuyên gia ñánh giá rủi
ro chính xác và dựa trên tri thức chuyên gia này mà ñạt ñược thành công. Mô hình xoắn
ốc ñòi hỏi năng lực quản lý cao, nếu không quản lý tốt thì rất dễ rơi vào trạng thái sửa ñổi
cục bộ không có kế hoạch của mô hình làm bản mẫu (thăm dò). Và mô hình này còn
tương ñối mới và còn chưa ñược sử dụng rộng rãi như vòng ñời hoặc làm bản mẫu. Cần
phải có thêm một số năm nữa trước khi người ta có thể xác ñịnh ñược tính hiệu quả của
mô hình này với sự chắc chắn hoàn toàn.

15

Lập kế hoạch

Phân tích rủi ro

Kế hoạch ban ñầu

Rủi ro ban ñầu
Rủi ro dựa trên
kế hoạch sửa ñổi

Kế hoạch dựa
trên ñánh giá của
khách hàng

Bản mẫu ñầu tiên
ðánh giá của
khách hàng

Bản mẫu tiếp theo

ðánh giá

Công nghệ
Hình 1.3. Mô hình xoắn ốc.

1.8.4.

Kỹ thuật thế hệ thứ tư

Thuật ngữ kỹ thuật thế hệ thứ tư (4GT - fourth generation technology) bao gồm một
phạm vi rộng các công cụ phần mềm có các ñiểm chung:
-

Cho phép người phát triển xác ñịnh một số ñặc trưng của phần mềm ở mức cao.

-

Tự ñộng sinh ra mã chương trình gốc theo nhu cầu của người phát triển.

Hiển nhiên là phần mềm ñược biểu diễn ở mức trừu tượng càng cao thì chương trình
có thể ñược xây dựng càng nhanh hơn. Mô hình 4GT ñối với công nghệ phần mềm tập
trung vào khả năng xác ñịnh phần mềm ñối với một máy ở mức ñộ gần với ngôn ngữ tự
nhiên hay dùng một ký pháp ñem lại chức năng có ý nghĩa. Hiện tại, một môi trường phát
triển phần mềm hỗ trợ cho khuôn cảnh 4GT bao gồm một số hay tất cả các công cụ sau:
-

ngôn ngữ phi thủ tục ñể truy vấn CSDL

-

bộ sinh báo cáo

-

bộ thao tác dữ liệu

-

bộ tương tác và xác ñịnh màn hình

-

bộ sinh chương trình

-

khả năng ñồ họa mức cao

16


-

khả năng làm trang tính

-

khả năng tạo tài liệu

Mỗi một trong những công cụ này ñã tồn tại, nhưng chỉ cho vài lĩnh vực ứng dụng
ñặc thù. Ví dụ: các tính năng macro trong các phần mềm bảng tính, cơ sở dữ liệu, khả
năng tự sinh mã trong các công cụ thiết kế giao diện “kéo - thả”... Với những ứng dụng
nhỏ, có thể chuyển trực tiếp từ bước thu thập yêu cầu sang cài ñặt bằng công cụ 4GT.
Tuy nhiên với những hệ thống lớn, cần phải có một chiến lược thiết kế. Việc dùng 4GT
thiếu thiết kế (với các dự án lớn) sẽ gây ra những khó khăn như chất lượng kém, khó bảo
trì khiến cho người dùng khó chấp nhận. Vẫn còn nhiều tranh cãi xung quanh việc dùng
khuôn cảnh 4GT:
-

Người ủng hộ cho là 4GT làm giảm ñáng kể thời gian phát triển phần mềm và làm
tăng rất nhiều hiệu suất của người xây dựng phần mềm.

-

Những người phản ñối cho là các công cụ 4GT hiện tại không phải tất cả ñều dễ dùng
hơn các ngôn ngữ lập trình, rằng chương trình gốc do các công cụ này tạo ra là không
hiệu quả, và rằng việc bảo trì các hệ thống phần mềm lớn ñược phát triển bằng cách
dùng 4GT lại mở ra vấn ñề mới.
Có thể tóm tắt hiện trạng của cách tiếp cận 4GT như sau:

-

Lĩnh vực ứng dụng hiện tại cho 4GT mới chỉ giới hạn vào các ứng dụng hệ thông tin
nghiệp vụ, ñặc biệt, việc phân tích thông tin và làm báo cáo là nhân tố chủ chốt cho
các cơ sở dữ liệu lớn. Tuy nhiên, cũng ñã xuất hiện các công cụ CASE mới hỗ trợ cho
việc dùng 4GT ñể tự ñộng sinh ra khung chương trình.

-

ðối với các ứng dụng vừa và nhỏ: thời gian cần cho việc tạo ra phần mềm ñược giảm
ñáng kể và khối lượng phân tích/thiết kế cũng ñược rút bớt.

-

ðối với ứng dụng lớn: các hoạt ñộng phân tích, thiết kế và kiểm thử chiếm phần lớn
thời gian và việc loại bỏ bớt lập trình bằng cách dùng 4GT nhiều khi ñem lại hiệu quả
không ñáng kể so với tính rườm rà, kém hiệu quả của phần mềm xây dựng bằng
phương pháp này.

Tóm lại, 4GT ñã trở thành một phần quan trọng của việc phát triển phần mềm nghiệp
vụ và rất có thể sẽ ñược sử dụng rộng rãi trong các miền ứng dụng khác trong thời gian
tới.

1.8.5.

Mô hình lập trình linh hoạt

Là quá trình mà trong ñó cấu trúc khởi ñộng sẽ nhỏ nhưng linh ñộng và lớn dần của
các ñề án phần mềm nhằm tìm ra các khó khăn trước khi nó trở thành vấn ñề có thể dẫn
tới những hủy hoại. Quá trình này nhấn mạnh sự gọn nhẹ và tập trung hơn là các phương
pháp truyền thống. Các quá trình linh hoạt dùng các thông tin phản hồi thay vì dùng các
17


kế hoạch, như là một cơ chế diều khiển chính. Các thông tin phản hồi có ñược từ các thử
nghiệm và các phiên bản phát hành của phần mềm tham gia.
Các quá trình linh hoạt thưòng có hiệu quả hơn các phương pháp cũ, nó dùng ít thời
gian lập trình ñể sản xuất ra nhiều chức năng hơn, chất lượng cao hơn, nhưng nó không
cung cấp một khả năng kế hoạch lâu dài.
Một cách ngắn gọn các phuơng pháp này cung ứng hiệu quả cao nhất cho vốn ñầu tư,
nhưng lại không ñịnh rõ hiệu quả gì.
Lập trình cực ñoan (XP - eXtreme Programming) do Kent Beck ñề xuất là một
phương pháp tiếp cận mới cho phát triển phần mềm. XP ñưa ra nhiều hướng dẫn mới, ñôi
khi trái ngược lại với các cách thức phát triển phần mềm ñược ñề xuất từ trước ñến nay.
Hai khái niệm ñộc ñáo mới và quan trọng hàng ñầu trong XP là “tạo các ca thử
nghiệm trước tiên” và “lập trình ñôi”.

a) Tạo các ca thử nghiệm trước tiên

Thông thường, thử nghiệm (và trước ñó là tạo ca thử nghiệm) ñược tiến hành vào giai
ñoạn cuối của quá trình phát triển, khi bạn ñã có mã nguồn và chuyển sang kiểm chứng
tính ñúng ñắn của nó. Nhiều trường hợp việc kiểm thử không ñược coi trọng và chỉ ñược
tiến hành khi bạn còn thời gian và kinh phí. XP thay ñổi quan niệm này bằng cách ñặt
cho kiểm thử một tầm quan trọng ngang bằng (có thể là lớn hơn) việc viết mã. Các ca
kiểm thử ñược thiết kế trước khi viết mã và phải ñược thực hiện thành công mỗi khi
chương trình ñích ñược tạo ra.
Tạo ca thử nghiệm trước ñem lại nhiều lợi thế. Thứ nhất, nó giúp bạn xác ñịnh một
cách rõ ràng giao diện của modun. Hơn thế, ñể tạo ñược ca thử nghiệm, bạn cần phải hiểu
rõ chức năng của nó. Tức là, XP yêu cầu bạn phải hiểu một cách rõ ràng các yêu cầu của
modun trước khi bạn bắt tay vào phát triển nó.

b) Lập trình ñôi
XP ñưa ra khái niệm mang tính cách mạng (và trái ngược lại quan niệm từ trước ñến
nay) là mã nguồn của một môñun phải ñược viết bởi 2 lập trình viên dùng chung một
máy tính. Giá trị của lập trình ñôi là trong khi một người viết mã thì người thứ hai nghĩ
về nó. Người thứ hai này sẽ có trong ñầu một bức tranh toàn thể về vấn ñề cần giải quyết,
chứ không chỉ là giải pháp của ñoạn mã lúc ñó. ðiều này sẽ gián tiếp ñảm bảo một chất
lượng tốt hơn và dẫn tới một giải pháp mang tính tổng thể hơn. ðồng thời, ñiều này giúp
cho họ theo ñược các chỉ dẫn của XP, ñặc biệt là việc “tạo ca thử nghiệm trước”. Nếu chỉ
một người lập trình, họ sẽ rất dễ từ bỏ việc này, nhưng với hai người lập trình cùng làm
việc thì họ có thể thay ñổi nhau và giữ ñược các nguyên tắc của XP.

18


1.8.6.

Tổ hợp các mô hình

Chúng ta ñã xem xét các mô hình công nghệ phần mềm như là các cách tiếp cận khác
nhau tới công nghệ phần mềm chứ không phải là các cách tiếp cận bổ sung cho nhau. Tuy
nhiên trong nhiều trường hợp chúng ta có thể và cũng nên tổ hợp các khuôn cảnh ñể ñạt
ñược sức mạnh của từng khuôn cảnh cho một dự án riêng lẻ. Ví dụ, khuôn cảnh xoắn ốc
thực hiện ñiều này một cách trực tiếp, tổ hợp cả làm bản mẫu và các yếu tố của vòng ñời
cổ ñiển trong một cách tiếp cận tiến hóa tới công nghệ phần mềm. Các kỹ thuật thế hệ thứ
tư có thể ñược dùng ñể cài ñặt bản mẫu hay cài ñặt hệ thống sản xuất trong bước mã hóa
của vòng ñời cổ ñiển. Chúng ta có thể làm bản mẫu trong bước phân tích của mô hình
vòng ñời cổ ñiển.
Kết luận ở ñây là chúng ta không nên bị lệ thuộc với bất cứ khuôn cảnh cụ thể nào.
Tính chất và qui mô của phần mềm cần phát triển sẽ là yếu tố quyết ñịnh tới chọn khuôn
cảnh. Mỗi cách tiếp cận ñều có ưu ñiểm riêng và bằng cách tổ hợp khéo léo các cách tiếp
cận thì chúng ta sẽ có một phương pháp hỗn hợp ưu việt hơn các phương pháp ñược dùng
ñộc lập.

1.8.7.

Tính khả thị của quá trình công nghệ

Do ñặc ñiểm là các phần tử lôgic nên quá trình phát triển phần mềm rất khó kiểm
soát. Người ta tìm cách khắc phục vấn ñề này bằng cách làm cho quá trình phát triển trở
nên “nhìn thấy ñược”, tức là ở mỗi bước (hoạt ñộng) trong tiến trình phát triển phải tạo ra
một sản phẩm hay tài liệu tương ứng. Người quản lý dự án và cả khách hàng sẽ tiến hành
xét duyệt các tài liệu này. Các tài liệu sẽ trở nên rất hữu ích cho công ñoạn kiểm thử và
nâng cấp phần mềm. Ví dụ, ñối với hoạt ñộng phân tích chúng ta có các tài liệu như: báo
cáo nghiên cứu khả thi, mô hình hệ thống, phác họa yêu cầu, ñặc tả yêu cầu...
Chúng ta hãy so sánh tính khả thị của các khuôn cảnh ñã biết:
-

Vòng ñời cổ ñiển có tính khả thị cao do các bước phát triển tường minh, mô hình

xoắn ốc cũng có tính khả thị tốt.

-

ðối với mô hình làm bản mẫu, nếu tần số sửa chữa là lớn thì tính khả thị kém và việc
tạo ra tài liệu là không hiệu quả.

-

4GT thì mới chỉ dùng với những ứng dụng nghiệp vụ ñặc thù nên khó phát biểu gì về
tính khả thị của nó.
Việc xây dựng tài liệu cũng có những vấn ñề như:

-

Tạo ra các chi phí phụ làm chậm tiến trình phát triển

-

Khi phát hiện vấn ñề về thiết kế, nhiều khi do không muốn thay ñổi các tài liệu ñã
ñược xét duyệt, người phát triển có xu hướng dùng các giải pháp cục bộ không hiệu
quả.
19